CN110173606B - 一种管道机器人的驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道机器人的驱动装置，包括液压控制单元，液压控制单元两侧分别对称连接有活塞杆A和活塞杆B，活塞杆A上设置有活塞缸A，活塞缸A内置活塞A，活塞杆A与活塞A固连，活塞杆B上设置有活塞缸B，活塞缸B内置活塞B，活塞杆B与活塞B固连，活塞缸A远离液压控制单元的一侧与夹紧装置的夹紧臂A连接，活塞缸B远离液压控制单元的一侧与夹紧装置的夹紧臂B连接，液压控制单元与活塞缸A和活塞缸B之间均设置结构相同的有推进装置。本发明解决了现有技术中存在的管道机器人推力小、夹紧力小容易打滑且结构不稳定，不能满足有大推力需求的场合的问题。

Description

一种管道机器人的驱动装置

技术领域

本发明属于管道机器人技术领域，具体涉及一种管道机器人的驱动装置。

背景技术

各种各样的管道在工业生产和日常生活中无处不在，流体性质的物料如水、气、油、粉料以及其他化工原料都是通过经过管道进行输送的。为了检测、维护或在管道中作业，必不可少的要使用管道机器人。管道机器人按照动力源的不同可分为电机驱动机器人、液压驱动机器人、机械驱动机器人。按照移动形式的不同又可分为轮式机器人、卡臂蠕动式机器人、履带式机器人等等。其中蠕动式液压机器人被广泛地运用到各种管道作业当中。其工作原理是通过液压泵产生具有一定压力的工作液，通过连续管路输送到管道机器人中，工作液作为机器人的驱动力推动机器人前进，机器人携带作业设备完成各种工作。其特点是动力来源于工作液，将动力源放在管道之外，简化了机器人结构，提高了机器人工作的稳定性和安全性，液压驱动的设计可以满足机器人大推力的要求。但是由于驱动装置结构的限制，机器人主要应用于检测作业。主要原因是推力小，夹紧力小容易打滑，结构不稳定，不能满足有大推力需求的场合。

发明内容

本发明的目的是提供一种管道机器人的驱动装置，解决了现有技术中存在的管道机器人推力小、夹紧力小容易打滑且结构不稳定，不能满足有大推力需求的场合的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种管道机器人的驱动装置，包括液压控制单元，液压控制单元两侧分别对称连接有活塞杆A和活塞杆B，活塞杆A上设置有活塞缸A，活塞缸A内置活塞A，活塞杆A与活塞A固连，活塞杆B上设置有活塞缸B，活塞缸B内置活塞B，活塞杆B与活塞B固连，活塞缸A远离液压控制单元的一侧与夹紧装置的夹紧臂A连接，活塞缸B远离液压控制单元的一侧与夹紧装置的夹紧臂B连接，液压控制单元与活塞缸A和活塞缸B之间均设置结构相同的有推进装置。

本发明的特点还在于，

夹紧装置以液压控制单元为中心对称结构，夹紧装置位于液压控制单元两侧的结构相同，即夹紧装置位于活塞缸B所在侧的结构与夹紧装置位于活塞缸A所在侧结构相同，夹紧装置位于活塞缸A所在侧具体结构为：包括活塞杆A，活塞杆A由活塞杆C和活塞杆D焊接而成，活塞杆C一端焊接活塞杆D，另一端螺纹连接密封套筒内，两者之间设置有O型密封圈A、O型密封圈B、导向带C、导向带D。活塞杆C靠近密封套筒一侧外壁滑动连接夹紧臂活动连接座，夹紧臂活动连接座沿周向均匀开有3个矩形槽，夹紧臂活动连接座上垂直于每个矩形槽对应开有通孔，每个通孔内安装有夹紧臂连接轴，3个夹紧臂连接轴互成120度分布与圆周上，每个夹紧臂连接轴的两端由堵头轴向固定，每个夹紧臂连接轴铰接一个夹紧臂A的一端，夹紧臂A上中间连接有辊轮轴，辊轮轴上安装有一对辊轮，夹紧臂A的另一端铰接固定于夹紧臂固定连接座上，夹紧臂固定连接座固定于推杆上，推杆固连棘轮，棘轮可沿活塞杆C轴向滑动，运动过程中棘轮的外轮廓始终与滚轮相互接触，推杆上套有弹簧，弹簧一端顶靠于夹紧臂固定连接座，弹簧另一端顶靠推杆端部突起的法兰，夹紧臂固定连接座通过外螺纹连接有套筒A的一端，套筒A另一端通过内部螺纹与活塞缸A连接，活塞杆A、密封套筒、活塞杆C、活塞缸A共同构成封闭工作腔。

推杆靠近活塞缸A的一端与套筒A之间设置有密封圈C、导向带A和导向带B；套筒A推杆靠近活塞缸A的一端与活塞杆A之间设置有导向带L、导向带T、密封圈F；套筒A螺纹连接活塞缸A，二者之间设置有导向带M、导向带N；活塞缸A与活塞杆C之间设置有导向带O、导向带P、密封圈G。

活塞杆A为由活塞杆C和活塞杆D焊接而成的细长件，焊接处设置有活塞A。

液压控制单元与活塞缸A推进装置具体结构为：包括过盈连接活塞杆C和活塞杆D的锁紧件，锁紧件两端分别设置有别紧件A与别紧件B，别紧件A配合压紧件由螺钉固定于套筒B与活塞杆C之间，别紧件A与别紧件B位于压紧件中间，别紧件A与别紧件B内表面均为圆锥面，共同夹紧锁紧件，别紧件A、别紧件B、压紧件和锁紧件共同构成活塞A；

位于液压控制单元与活塞缸B之间的推进装置和夹紧装置结构同上。

活塞杆C内沿长向开有导向孔A，活塞杆D内沿长向开有导向孔B，导向孔A和导向孔B远离活塞A的一端均与液压控制单元连通。

活塞A与套筒B之间设置有导向带E、O型密封圈D、导向带F，活塞A与活塞杆C之间设置有导向带G和导向带S；套筒B靠近活塞缸A侧与活塞缸A通过螺纹连接，二者之间设置有导向带Q和导向带R，活塞缸端盖一侧与活塞缸端盖螺纹连接，之间设有导向带H、导向带I；活塞杆C靠近活塞缸端盖侧与活塞缸端盖之间设有导向带J、导向带K、密封圈E。

本发明的有益效果是，管道机器人的驱动装置，通过外部液压泵与压力控制单元提供动力，动力源位于机器人之外，简化了机器人结构设计，为其他部件争取了空间，同时提供较大的推力，既能满足一般的检测需求，又能满足有大推力需求的场合。通过凸轮、弹簧、液压巧妙的结合，实现了夹紧臂的撑开与收回。占用体积小，成本低，结构简单、安全、可靠。推进单元活塞夹紧结构的设计，既可作为普通活塞，与活塞缸配合实现相对运动；又能加强细长活塞杆的强度，巩固活塞杆强度。

附图说明

图1是管道机器人夹紧装置结构示意图；

图2是管道机器人夹紧装置与推进装置连接部分示意图；

图3是管道机器人夹紧装置结构示意图中A-A局部剖视图；

图4是管道机器人夹紧装置结构示意图中B-B局部剖视图；

图5管道机器人的推进装置结构示意图；

图6管道机器人的推进装置结构示意图中C-C局部剖视图；

图7管道机器人的推进装置结构示意图中D-D局部剖视图；

图8是隐藏了一个夹紧臂的夹紧装置轴测图；

图9是管道机器人爬行动作1示意图；

图10是管道机器人爬行动作2示意图；

图11是管道机器人爬行动作3示意图；

图12是管道机器人爬行动作4示意图。

图中，1.管道，2.活塞杆A，3.夹紧臂A，4.夹紧装置活塞长孔，5.活塞A，6.导向带L，7.活塞缸A，8.液压控制单元，9.活塞杆B，10.活塞缸B，11.密封圈F，12.活塞B，13.导向带T，14.夹紧臂B，15.工作液输送管道，16.O型密封圈A，17.密封套筒，18.O型密封圈B，19.夹紧臂活动连接座，20.导向带M，21.导向带U；22.辊轮，23.棘轮，24.推杆，25.夹紧臂固定连接座，26.套筒A，27.弹簧，28.导向带A，29.密封圈C，30.导向带B，31.导向带C，32.导向带D，33.夹紧臂连接轴，34.堵头，35.辊轮轴，36.套筒B，37.压紧件，38.别紧件A，39.锁紧件，40.别紧件B，41.活塞杆C，42.螺钉，43.导向带E，44.O型密封圈D，45.导向带F，46.导向带G，47.导向孔A，48.导向孔B，49.活塞杆D，50.活塞缸端盖，51.导向带H，52.导向带I，53.导向带J，54.密封圈E，55.导向带K，56.导向带N，57.导向带O，58.O型密封圈G，59.导向带P，60.导向带Q，61.导向带R，62.导向带S。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种管道机器人的驱动装置，如图1～图11所示，包括液压控制单元8，液压控制单元8两侧分别对称连接有活塞杆A2和活塞杆B9，活塞杆A2上设置有活塞缸A7，活塞缸A7内置活塞A5，活塞杆A2与活塞A5固连，活塞杆B9上设置有活塞缸B10，活塞缸B10内置活塞B12，活塞杆B9与活塞B12固连，活塞缸A7远离液压控制单元8的一侧与夹紧装置的夹紧臂A3连接，活塞缸B10远离液压控制单元8的一侧与夹紧装置的夹紧臂B14连接，液压控制单元8与活塞缸A7和活塞缸B10之间均设置结构相同的有推进装置。

如图1～图4所示，夹紧装置以液压控制单元8为中心对称结构，夹紧装置位于液压控制单元8两侧的结构相同，即夹紧装置位于活塞缸B10所在侧的结构与夹紧装置位于活塞缸A7所在侧结构相同，夹紧装置位于活塞缸A7所在侧具体结构为：包括活塞杆2，活塞杆2上滑动连接有活塞杆C20，活塞杆C20一端与所述活塞缸A7套接，活塞杆C20另一端套接于密封套筒17内，活塞杆C20筒壁滑动连接夹紧臂活动连接座19，夹紧臂活动连接座19沿周向均匀开有3个矩形槽21，夹紧臂活动连接座19上垂直于每个矩形槽21对应开有通孔，每个通孔内安装有夹紧臂连接轴33，3个夹紧臂连接轴33互成120度分布与圆周上，每个夹紧臂连接轴33的两端由堵头34轴向固定，每个夹紧臂连接轴33铰接一个夹紧臂A3的一端，夹紧臂A3上中间连接有辊轮轴35，辊轮轴35上安装有一对辊轮22，夹紧臂A3的另一端铰接固定于夹紧臂固定连接座25上，夹紧臂固定连接座25固定于推杆24上，推杆24固连棘轮23，棘轮23可沿活塞杆C20轴向滑动，运动过程中棘轮的外轮廓始终与滚轮22相互接触，推杆24上套有弹簧27，弹簧27一端顶靠于夹紧臂固定连接座25，弹簧27另一端顶靠推杆24端部突起的法兰，夹紧臂固定连接座25通过外螺纹连接有套筒A26的一端，套筒A26另一端通过内部螺纹与活塞缸A7连接，活塞杆2、密封套筒17、活塞杆C20、活塞缸A7共同构成封闭工作腔。

活塞杆C20与密封套筒17之间通过O型密封圈B18进行密封，密封套筒17与活塞杆2之间通过O型密封圈A16、导向带C31、导向带D32，依次进行密封，O型密封圈A16、导向带C31、导向带D32保证密封套筒17沿活塞杆2滑动时工作腔的密封性。

推杆24靠近活塞缸A7的一端上还设置有密封圈C29、导向带A28和导向带B30，三者密封连接推杆24和套筒A26。

活塞杆A2为由活塞杆C41和活塞杆D49焊接而成的细长件，焊接处设置有活塞A5。

如图5～图8所示，液压控制单元8与活塞缸A7推进装置具体结构为：包括过盈连接活塞杆C41和活塞杆D49的锁紧件39，锁紧件39两端分别设置有别紧件A38与别紧件B40，别紧件A38配合压紧件37由螺钉42固定于套筒B36与活塞杆C41之间，别紧件A38与别紧件B40位于压紧件37中间，别紧件A38与别紧件B40内表面均为圆锥面，共同夹紧锁紧件39，别紧件A38、别紧件B40、压紧件37和锁紧件39共同构成活塞A5；

位于所述液压控制单元8与活塞缸B10之间的推进装置结构同上。

活塞杆C41内沿长向开有导向孔A27，活塞杆D49内沿长向开有导向孔B48，导向孔A27和导向孔B48远离活塞A5的一端均与液压控制单元8连通。

活塞A5与套筒B36之间设置有导向带E43、O型密封圈D44、导向带F45，活塞A5与活塞杆C41之间设置有两个导向带G46；套筒B36靠近活塞缸端盖50一侧与活塞缸端盖50之间设有导向带H51、导向带I52；活塞杆C41靠近活塞缸端盖50侧与活塞缸端盖50之间设有导向带J53、导向带K55、密封圈E54。

本发明一种管道机器人的驱动装置，工作原理如下：

夹进装置夹紧管壁以提供机器人移动所需的摩擦力，推进装置驱动整个机器人蠕动前行。管道机器人动力由压力控制单元控制，压力控制单元通过连续液压管路连接管道之外的液压泵。压力控制单元位于整个管道机器人的中间部位，左右两侧分别固连由管道机器人的推进装置，通过内部管路向其输送压力工作液。管道机器人的推进装置由活塞缸、活塞杆、活塞三部分构成，其中活塞杆与压力控制单元固连，活塞缸与夹紧单元固连。工作时，左右两侧的夹紧单元交替与管道内壁接触，推进单元推进整个管道机器人移动。具体的，如附图1～图11所示，夹紧装置由夹紧臂A3、夹紧臂B14构成，推进装置由活塞缸A7、活塞A5、活塞杆A2、活塞缸B10、活塞B12、活塞杆B15构成。夹紧臂A3、夹紧臂B14与工作管道1内壁交替接触，是整个机器人在管道1中的支撑。夹紧臂A3与活塞缸A7右侧固定相连，活塞缸A7内置活塞A5，活塞A5固连活塞杆A2，活塞杆A2右侧固有液压控制单元8，液压控制单元8右侧固连活塞杆B9，活塞杆B9固连活塞B12，活塞B12与活塞缸B10滑动相连，活塞缸B10右侧固连夹紧臂B14。机器人按照四步一个循环的方式进行蠕动式爬行，每个动作包含两个基本运动：夹紧和推进。夹紧运动的实现：液压控制单元8通过工作液输送管15由夹紧装置活塞长孔4给活塞缸A7与推杆24之间的容腔内通入压力工作液，推动推杆24向夹紧臂A3一侧运动，同时压紧弹簧27，并推动棘轮23相对于夹紧臂A3向夹紧臂活动连接座19侧移动，使得滚轮22与棘轮23凸起部分的轮廓接触，进而撑起夹紧臂A3与管道1内壁接触实现夹紧，当撤去压力工作液后，在弹簧27的作用下，推杆24相对夹紧臂A向活塞缸A7侧移动，使得滚轮22与棘轮23凹下去部分的轮廓接触，进而收起夹紧臂A3；推进：如图5、6所示，压力控制单元8给导向孔47通入压力工作液，推动活塞A5夹着活塞杆相对套筒向活塞缸端盖50一侧运动实现推进动作。每个工作循环包含的四个动作：动作1，待夹紧臂A3撑开直至与管壁接触，夹紧臂收回后，液压控制单元8给活塞缸A7与活塞杆A5之间的容腔通入压力工作液，活塞A5带动活塞杆A2向夹紧臂B14侧移动，进而推动活塞杆B9、活塞缸B10、夹紧臂B14向前进方向移动，与此同时，活塞缸B9靠近前进方向一侧的容腔内进入压力工作液，推动活塞缸B10、夹紧臂B14相对活塞杆B9向前进方向移动；动作2，当活塞A5，B12完成一个行程后，由液压控制单元控制夹紧臂B14撑开，待夹紧臂B14与管壁1接触，整个机器人居于管道中心，再控制夹紧臂A3收回，以便进行下一步动作；动作3，活塞缸B11原理前进方向的一侧进入压力工作液，推动活塞B12向前进方向移动，拉动活塞A5、活塞缸A7向右移动，与此同时活塞缸A7靠近前进方向的一侧容腔进入压力工作液，推动活塞缸A7、夹紧臂A3相对活塞杆A2向前进方向运动；动作4，待活塞A5、B12完成一个行程后，控制夹紧臂A3张开，待其接触到管壁后，夹紧臂B14收回，完成一个动作循环。如此循环往复，完成爬行。

Claims (4)

1.一种管道机器人的驱动装置，其特征在于，包括液压控制单元（8），液压控制单元（8）两侧分别对称连接有活塞杆A（2）和活塞杆B（9），活塞杆A（2）上设置有活塞缸A（7），活塞缸A（7）内置活塞A（5），活塞杆A（2）与活塞A（5）固连，活塞杆B（9）上设置有活塞缸B（10），活塞缸B（10）内置活塞B（5），活塞杆B（9）与活塞B（12）固连，活塞缸A（7）远离液压控制单元（8）的一侧与夹紧装置的夹紧臂A（3）连接，活塞缸B（10）远离液压控制单元（8）的一侧与夹紧装置的夹紧臂B（14）连接，液压控制单元（8）与活塞缸A（7）和活塞缸B（10）之间均设置结构相同的有推进装置；

所述夹紧装置以液压控制单元（8）为中心对称结构，夹紧装置位于液压控制单元（8）两侧的结构相同，即夹紧装置位于活塞缸B（10）所在侧的结构与夹紧装置位于活塞缸A（7）所在侧结构相同，夹紧装置位于活塞缸A（7）所在侧具体结构为：包括活塞杆（2），活塞杆（2）由活塞杆C(41)与活塞杆D（49）焊接而成，活塞杆C（41）一端焊接活塞杆D（49），另一端螺纹连接密封套筒（17）内，活塞杆C（41）外壁滑动连接夹紧臂活动连接座（19），夹紧臂活动连接座（19）沿周向均匀开有3个矩形槽（21），夹紧臂活动连接座（19）上垂直于每个矩形槽（21）对应开有通孔，每个通孔内安装有夹紧臂连接轴（33），3个夹紧臂连接轴（33）互成120度分布与圆周上，每个夹紧臂连接轴（33）的两端由堵头（34）轴向固定，每个夹紧臂连接轴（33）铰接一个夹紧臂A（3）的一端，夹紧臂A（3）上中间连接有辊轮轴（35），辊轮轴（35）上安装有一对辊轮（22），夹紧臂A（3）的另一端铰接固定于夹紧臂固定连接座（25）上，夹紧臂固定连接座（25）固定于推杆（24）上，推杆（24）固连棘轮（23），棘轮（23）可沿活塞杆C（41）轴向滑动，运动过程中棘轮的外轮廓始终与滚轮（22）相互接触，推杆（24）上套有弹簧（27），弹簧（27）一端顶靠于夹紧臂固定连接座（25），弹簧（27）另一端顶靠推杆（24）端部突起的法兰，夹紧臂固定连接座（25）通过外螺纹连接有套筒A（26）的一端，套筒A（26）另一端通过内部螺纹与活塞缸A（7）连接，活塞杆（2）、密封套筒（17）、活塞杆C（41）、活塞缸A（7）共同构成封闭工作腔；

所述活塞杆C（41）与密封套筒（17）之间通过O型密封圈B（18）进行密封，密封套筒（17）与活塞杆（2）之间通过O型密封圈A（16）、导向带（31）、导向带D（32）依次进行密封，O型密封圈A（16）、导向带C（31）、导向带D（32）保证密封套筒（17）沿活塞杆（2）滑动时工作腔的密封性；

位于所述液压控制单元（8）与活塞缸A（7）推进装置具体结构为：包括过盈连接活塞杆C（41）和活塞杆D（49）的锁紧件（39），锁紧件（39）两端分别设置有别紧件A（38）与别紧件B（40），别紧件A（38）配合压紧件（37）由螺钉（42）固定于套筒B（36）与活塞杆C（41）之间，别紧件A（38）与别紧件B（40）位于压紧件（37）中间，别紧件A（38）与别紧件B（40）内表面均为圆锥面，共同夹紧锁紧件（39），别紧件A（38）、别紧件B（40）、压紧件（37）和锁紧件（39）共同构成活塞A（5）；

位于所述液压控制单元（8）与活塞缸B（10）之间的推进装置结构同上；

所述活塞杆C（41）内沿长向开有导向孔A（47），活塞杆D（49）内沿长向开有导向孔B（48），导向孔A（47）和导向孔B（48）远离活塞A（5）的一端均与液压控制单元（8）连通。

2.根据权利要求1所述的一种管道机器人的驱动装置，其特征在于，所述推杆（24）靠近活塞缸A（7）的一端上还设置有密封圈C（29）、导向带A（28）和导向带B（30），三者密封连接推杆（24）和套筒A（26）。

3.根据权利要求1所述的一种管道机器人的驱动装置，其特征在于，所述活塞杆A（2）为由活塞杆C（41）和活塞杆D（49）焊接而成的细长件，焊接处设置有活塞A（5）。

4.根据权利要求1所述的一种管道机器人的驱动装置，其特征在于，所述活塞A（5）与套筒B（36）之间设置有导向带E（43）、O型密封圈D（44）、导向带F（45），所述活塞A（5）与活塞杆C（41）之间设置有两个导向带G（46）；套筒B（36）靠近活塞缸端盖（50）一侧与活塞缸端盖（50）之间设有导向带H（51）、导向带I（52）；活塞杆C（41）靠近活塞缸端盖（50）侧与活塞缸端盖（50）之间设有导向带J（53）、导向带K（55）、密封圈E（54）。

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